Grønt brint på vej til at erstatte gråt, da nye elektrokatalysatorer gør produktionen omkostningseffektiv

Billigere og grønnere brint

Grønt brint er idéen om at producere brint som brændstof fra vedvarende energikilder, hvilket gør det til et alternativ til fossile brændstoffer. Produktion af brint gennem elektrolyse kræver dog dyre og sjældne metaller fra platinfamilien.

Koreanske forskere Pr. Jungki Ryu fra School of Energy and Chemical Engineering på UNIST og Pr. Dong-Hwa Seo fra Department of Materials Science and Engineering på KAIST har fundet en ny type katalysator, ruthenium, for at undgå brug af platin eller iridium.

Mere præcist er den baseret på en meget billigere og mindre miljøskadelig legering af ruthenium, silicium og tungsten (RuSiW).

Hydrogenregnbuen

Hydrogen er det mest udbredte atom i universet, men findes ikke let som brændstof på Jorden.

I øjeblikket er det meste producerede hydrogen såkaldt “gråt brint”, fremstillet ved hjælp af metan (naturgas), hvilket udleder meget kulstof i atmosfæren. Dette er blot én af de mulige “farver” af brint:

• Gråt/brunt brint: produceret fra fossile brændstoffer.
• Blåt brint: produceret fra fossile brændstoffer, men med kulstoffangst.
• Rødt brint (nogle gange også kaldet gult brint): produceret fra nuklear energi.
• Turkis brint: produceret ved pyrolyse af metan. Dette nedbryder metan til brint og fast kulstof. Det faste kulstof kan lagres eller bruges til anvendelser som kulfiber.
• Grønt brint: produceret fra vedvarende energi.

Grønt brint er den ideelle situation og et mål for de fleste klimabevidste mennesker. Produktion afhænger af en proces kaldet elektrolyse, som nedbryder vandmolekyler til gasformigt brint og ilt. Dette er en ret energikrævende proces, som også er afhængig af katalyselementer fra platingruppen.

Jagten på grønt brint

Grønt brint er en vigtig brik i puslespillet for at dekarbonisere økonomien, da det kan udfylde anvendelser, som elektricitet alene ikke kan. For eksempel kan det reducere CO2-udledningen fra traditionelle stålfremstillingsprocesser med 95 %. Stålproduktion udgør 11 % af de globale emissioner. Det kan også anvendes i brændselsceller til at drive motorer i biler, lastbiler og både.

Det kunne også bruges direkte til energilagring eller til at producere ammoniak, en god kandidat til brændstof til langdistancetransport eller langsigtet energilagring, noget vi diskuterede i vores artikel “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.

Det har længe været kendt, at ruthenium kan give et alternativ til platin, men det har haft begrænsninger:

• lavere katalytisk aktivitet sammenlignet med platin.
• lavere stabilitet sammenlignet med iridium.

Denne nylige opdagelse fandt, at tilstedeværelsen af silicium omkring rutheniumatomet øger absorptionsintensiteten af H⁺ på katalysatoroverfladen.

Stabiliteten øges ved en tynd wolframfilm med en tykkelse på 5~10 nm, som beskytter rutheniums katalytiske sted. Dette er den samme type teknik, der anvendes i fremstilling af halvledere, hvor wolfram i gasform deponeres i et meget tyndt lag over siliciumchippen.

Sektorer, der vil drage fordel

Ved at gøre produktionen af grønt brint billigere og mere miljøvenlig, kan denne opdagelse give et løft til flere sektorer:

• Fremstillere af brændselsceller, hvis økonomi vil drage fordel af billigere brændstof.
• Producenter af grønt brint, som kan opnå større marginer og se brint vinde markedsandele på energimarkederne.
• Producenter af grøn ammoniak. Ikke kun vil de få adgang til billigere brint til ammoniakproduktion, men masseadoption af ammoniak kræver katalysatorer for at reducere giftige og “superdrivhusgasser” NOx. Dette kræver normalt også platin, men måske kan RuSiW også klare opgaven her?
• Den vedvarende energisektor, da masseproduktion af grønt brint vil give en afløb for “overskuds” energi i perioder med stærk sol eller vind.

Virksomheder, der vil drage fordel

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon er et datterselskab af Aker-gruppen med fokus på grøn energi. Gruppen er et vigtigt norsk konglomerat med fokus på vedvarende energi samt marine/offshore forretninger. Aker Horizon er holdingselskabet for flere datterselskaber, herunder kulstofopsamling, grønt brint og vedvarende energier.

Kilde: Aker

Virksomheden er bemærkelsesværdigt meget aktiv inden for produktion af brint og grøn ammoniak, med et mål om at dekarbonisere arktisk skibsfart ved at erstatte fossile brændstoffer med brintbaserede brændstoffer.

Kilde: Aker

Så er Aker i en fremragende position til at drage fordel af en omkostningsreduktion i produktionen af grønt brint. De kan håndtere den fulde vertikale integration af grøn ammoniak, fra offshore vindmøller til brintproduktion til produktion af grøn ammoniak.

De arbejder også på projekter som affald-til-energi i Frankrig, et biomasseanlæg i Tyskland og kulstofopsamling i Mellemøsten (Saudi-Arabien og UAE).

Dette gør det til en god aktie for investorer, der søger eksponering mod den brede grønne energisektor, med en stærk position inden for grønt brint og grøn ammoniak, men også andre grønne energier samt en vis geografisk diversificering.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) er en førende inden for grønt brint med fokus på brændselsceller. Bemærkelsesværdigt driver deres brændselsceller over 40.000 gaffeltrucks, med omsætning, der er steget 8‑fold siden 2013. De er også aktive i opbygning af brintinfrastruktur såsom brintproduktion, logistik, el‑skala kraftproduktion og leverancer.

Virksomheden sigter mod at skalere for at reducere produktionsomkostningerne fra $10/kg til $4/kg, samtidig med at produktionen multipliceres 14‑fold i 2027. Naturligvis vil nye teknologier, der undgår behovet for platin til elektrolyse, også hjælpe.

Kilde: Plug Power

På grund af massive investeringer for at øge produktionskapaciteten 19‑fold siden 2020, er virksomheden endnu ikke rentabel. Dette førte til næsten en fordobling af omsætningen fra begyndelsen til slutningen af 2023.

Det meste af den nuværende og forventede forretning forventes at komme fra Nordamerika. Virksomhedens strategiske opkøb, såsom United Hydrogen og Giner ELX, har yderligere styrket dens position i brintøkonomien ved at udvide dens kapacitet inden for brintproduktion, flydning og distribution.

Virksomheden ser sin løsning som enten et direkte mobilitetsbrændstof eller som et supplement til elbiler, da brint kan reducere presset på elnettet fra top‑ladning af elbiler, som ikke matcher produktionstiderne for vedvarende energi i løbet af dagen.

Kilde: Plug Power

Som en stor producent af brændselsceller vil Plug Power drage stor fordel af en drejning mod en brint-/ammoniakbaseret økonomi. Dette gør Plug Power til en god aktie at satse på en generel overgang til brint, med eller uden ammoniak. Fokus på omkostninger og skala er også prisværdigt.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard er en anden producent af brændselsceller og en pioner inden for teknologien med sin første brændselscellebus i 1993.

Virksomheden fokuserer på tunge markeder: busser, lastbiler, tog/tramper, skibe, minedrift/konstruktion og energi. Mens busser har været kernen i forretningen, forventer virksomheden, at lastbiler vil blive et stort forretningssegment inden 2025. Den forventer også, at Europa forbliver hovedmarkedet (50‑60 %), efterfulgt af Nordamerika (25 %).

Brændselsceller til lastbiler forventes at fortsætte med at vokse og udgøre et marked på $7,5 mia i 2030 (fra et totaladdressabelt marked på $195 mia), næsten så stort som alle andre hydrogen‑/brændselscelle‑applikationer samlet. Denne vækst kan accelerere, hvis priserne på brintproduktion falder takket være nye teknologier.

Kilde: Ballard

På grund af det højere kraftbehov og behovet for hurtig opladning har tunge køretøjer været et godt marked for brint og brændselsceller i forhold til lettere køretøjer som biler. Det reducerer også behovet for kontaktledninger til jernbane‑ og trolleybusser samt hurtig genopladning for langdistancetransport.

Kilde: Ballard

Virksomheden er heller ikke fremmed for ammoniak, med for eksempel en nylig kontrakt med Amogy om at levere brændselsceller til deres “ammoniak‑til‑kraft‑platform, som bygger på unik ammoniak‑nedbrydningsteknologi”.

Mens elbiler har en rimelig chance for hurtigt at overtage bilmarkedet, er tungere køretøjer sværere at dekarbonisere. Med sin etablerede ledelse i sektoren vil Ballard være en primær modtager af en politisk satsning på en brintøkonomi.

4. Seaborg

Seaborg er en dansk virksomhed, der udvikler en kompakt smeltet salt-kernereaktor, som også er et flydende kraftværk på op til 800 MW.

Kilde: Seaborg

Det havbaserede design af Seaborg-kerneprocessorer gør den velegnet til kystnationer, med drøftelser i gang med Indonesien og Norge.

Seaborg arbejder også sammen med den globale leder inden for skibsbygning, Samsung Heavy Industries, om at udvikle flydende atomkraftværker kombineret med brint- og ammoniak‑anlæg.

Selvom det ofte foretrækkes af grønne politikker og aktivister, er der ingen krav om, at brint produceres med grøn elektricitet for at reducere CO₂‑udledninger, kun at energien kommer fra en lav‑kulstofkilde. Så atomkraft er også en mulighed.

Derfor kan Seaborg blive en integreret del af en atomdrevet brint‑ og ammoniakøkonomi. Og dens lette implementering og flytbare kerneprocessorer kan være en fremragende løsning til at levere brint til havne.

De kan endda rotere efter sæsonmæssig efterspørgsel, for eksempel blive i den nordlige halvkugle om vinteren (når produktionen af vedvarende energi er lav) og flytte til andre steder resten af året.

5. Bloom Energy

Bloom’s medstifter byggede den første brintbrændselscelle i 1960’erne til projektet Gemini og var også en pioner inden for elektrolyse i 1980’erne.

Virksomheden har implementeret 1 GW af on‑site primær energiproduktionsløsninger for hundredvis af kunder, hvor 95 % af alle stationære brændselsceller installeret i USA siden 2018 er Bloom Energy (BE ) Servers.

Kilde: Bloom Energy

Blooms fokus har været på industrielle anlæg, datacentre, hospitaler, detailcentre og andre store faciliteter, sammen med implementeringen af mikrogrids. De arbejder også med at udvikle brændselsceller til maritim skibsfart.

Bloom tjener størstedelen af sine indtægter fra salg af brændselsceller og elektrolyseanlæg, hvilket udgør 75 % af de samlede indtægter, med 2/3^rd af salget i USA.

Virksomhedens elektrolyseanlæg anvender solid‑oxid‑teknologi, som producerer 20‑25 % mere brint pr. megawatt (MW) end ældre metoder som proton‑elektrolyt‑membran (PEM).

Kilde: Bloom Energy

Som leder inden for brændselscelletssystemer til store anlæg bør Bloom drage fordel af billig brintproduktion, selvom fremkomsten af billigere, ikke‑platin‑elektrolysekatalysatorer også kan udgøre en trussel mod de solid‑oxid‑elektrolyseanlæg, de tilbyder.